Com o crescimento contínuo da penetração global de novos veículos energéticos e o desenvolvimento em grande escala da indústria de armazenamento de energia, o sistema de gestão térmica da bateria, como unidade principal para garantir a segurança, o ciclo de vida e o desempenho de carga-descarga das baterias de energia, está passando por uma rápida iteração tecnológica. Como componente central do sistema de gerenciamento térmico para troca de calor entre refrigerante e refrigerante, a evolução tecnológica do resfriador de bateria determina diretamente a eficiência, a confiabilidade e o custo geral de todo o sistema de gerenciamento térmico. Do ponto de vista da arquitetura do sistema de gerenciamento térmico, do projeto do corpo de troca de calor e do processo de fabricação de brasagem, este artigo define a direção do desenvolvimento tecnológico dos produtos de resfriamento nos próximos cinco anos, fornecendo referência para o layout tecnológico das empresas upstream e downstream do setor.

1. Evolução da Arquitetura: Do Componente Discreto à Unidade Central de Gerenciamento Térmico de Domínio Completo

Nas soluções tradicionais, o chiller atua apenas como trocador de calor independente para função de resfriamento único, com circuito de ar condicionado e circuito de resfriamento de bateria separados. No futuro, o chiller se tornará a unidade principal do módulo de gerenciamento térmico integrado, profundamente integrado com válvulas multivias (válvulas de 8/12 vias), receptor de líquido e circuito de subresfriamento, realizando múltiplas funções, incluindo resfriamento da bateria, pré-aquecimento da bateria, recuperação de calor residual do motor e troca de calor da cabine:

· No modo de resfriamento: o refrigerante resfria o etilenoglicol para retirar o calor de trabalho da bateria;

· No modo bomba de calor: recupera o calor residual do motor e da unidade de controle eletrônico, aquece o circuito da bateria através do chiller, o que pode reduzir bastante o consumo de energia do aquecedor PTC;

· O design integrado reduz o número de tubulações, juntas e pontos de vedação, reduz o risco de vazamento do sistema e reduz o consumo de energia do veículo em 5% a 12%.

Em termos de rota tecnológica, a solução de chiller indireto e a solução direta de resfriamento/aquecimento de refrigerante coexistirão por um longo tempo: A solução indireta (chiller + placa fria de líquido) apresenta alta segurança sem risco de vazamento de refrigerante na bateria e continuará a ser a rota tecnológica dominante para centrais elétricas de armazenamento de energia, veículos comerciais pesados ​​e estações de carregamento rápido; A solução de resfriamento direto elimina o resfriador e a bomba de água secundária, com estrutura de sistema mais simples, mas requer resistência à pressão e desempenho de vedação extremamente altos do conjunto de baterias, e será aplicada em alguns cenários de veículos de passageiros.

2. Otimização da carroceria: atualização coordenada da estrutura de troca de calor de alta eficiência e processo de fabricação avançado

2.1 Evolução da Estrutura do Canal de Fluxo para Microcanal e Baixa Queda de Pressão

O resfriador de placas tradicional possui um design de canal de fluxo amplo, com problemas de distribuição desigual de fluxo e fraca eficiência de troca de calor local. A nova geração de produtos geralmente adotará coletor biônico, perfil corrugado otimizado e design de placa com espaçamento estreito, o que pode aumentar o coeficiente de transferência de calor em 20% ~ 35% sob o mesmo volume. O projeto final se concentrará no equilíbrio da capacidade de troca de calor e da resistência ao fluxo lateral do refrigerante para reduzir o consumo de energia da bomba de água (a principal fonte de consumo de energia do sistema); A corrugação serrilhada e as estruturas de corrugação composta substituirão gradualmente a corrugação plana tradicional, fortalecerão o efeito de turbulência do fluido e reduzirão ainda mais a área de troca de calor necessária.

2.2 Desenvolvimento Diferenciado de Materiais e Processo de Brasagem

· Material base: a liga de alumínio 3003 continuará sendo a escolha principal, e as soluções de placas compostas de aço-alumínio serão gradualmente aplicadas em cenários de alta potência para melhorar o grau de resistência à pressão e a resistência à corrosão dos produtos;

· Processo de brasagem: Os resfriadores de veículos produzidos em massa continuarão a adotar principalmente a brasagem com atmosfera controlada NOCOLOK, enquanto iteram a tecnologia de placa composta sem fluxo para reduzir resíduos da cavidade interna e melhorar a limpeza do produto; Chillers de armazenamento de energia de última geração e modelos de alta potência com grau de resistência de alta pressão adotarão mais o processo de brasagem a vácuo;

· Direção leve: Com a premissa de atender aos requisitos de pressão de ruptura e resistência à pressão de fadiga, o peso geral é reduzido em 8% ~ 15% por meio do desbaste de aletas/placas, e a extremidade de fabricação controlará estritamente os defeitos do processo, como protuberância de brasagem, rasgo de aletas e deformação do canal de fluxo.

2.3 Limite de confiabilidade atualizado continuamente

Para atender aos requisitos de carregamento ultrarrápido 4C/6C e operação de longo prazo de sistemas de armazenamento de energia, os requisitos de qualidade da indústria para chillers continuam a se tornar mais rigorosos: O padrão de taxa de vazamento permitido para teste de vazamento de hélio é continuamente melhorado; O controle de impurezas da cavidade interna é mais rigoroso para eliminar resíduos de fluxo e resíduos de cavacos de alumínio e evitar o bloqueio de microcanais; Sob condições de trabalho com refrigeração de baixa condutividade, a demanda do mercado por revestimento anticorrosivo modificado na superfície da placa continuará a aumentar.

3. Adaptação de cenário: ampla faixa de temperatura e alta eficiência energética, cobrindo diversos requisitos de aplicação

· Adaptação à plataforma de alta tensão de 800V e cenários de carregamento ultrarrápido: Sob condições de carregamento rápido de 4C/6C, a carga de calor instantânea da bateria aumenta acentuadamente. Os chillers não serão mais avaliados apenas sob condições nominais de trabalho, mas se concentrarão no fortalecimento da capacidade máxima de resfriamento sob carga variável, garantindo que a temperatura de trabalho da célula seja estável na faixa de 15~35°C, a diferença de temperatura entre as células seja ≤2~3°C, o que apresenta requisitos mais elevados para a estabilidade da temperatura da água de saída do chiller.

· Apoiar o funcionamento da bomba de calor bidirecional em regiões extremamente frias: Os chillers suportarão a troca de calor bidirecional, assumindo a função de arrefecimento no verão e atuando como condensador da bomba de calor para pré-aquecer as baterias no inverno; Os novos modelos futuros reduzirão gradualmente ou até mesmo eliminarão os aquecedores PTC de alta tensão, contando com recuperação de calor residual + sistema de bomba de calor para aquecimento, o que melhora significativamente o problema de atenuação de alcance dos veículos no inverno do norte.

· Integração da tecnologia Free Cooling em cenários de armazenamento de energia: Quando a temperatura ambiente é adequada na primavera e no outono, o compressor pode ser desligado e a torre de resfriamento/ar externo pode resfriar diretamente o etilenoglicol, obtendo mais de 30% de economia de energia quando o compressor é desligado. Os refrigeradores de armazenamento de energia geralmente serão equipados com uma estrutura de comutação automática de circuito duplo.

4. Iteração de Tendências: Compatibilidade com Refrigerante Verde e Gerenciamento Térmico Ativo de IA

4.1 A iteração do refrigerante verde impulsiona a atualização do projeto de pressão

· Campo de veículos de passageiros: o R134a será gradualmente eliminado, o R1234yf será rapidamente popularizado e o sistema de bomba de calor transcrítica CO₂ (R744) será implantado a longo prazo; A pressão de trabalho do sistema CO₂ é muito maior do que a do refrigerante tradicional, o que promoverá a atualização abrangente da estrutura da placa do resfriador, da resistência da brasagem e dos padrões de resistência à pressão;

· Campo de resfriadores industriais para armazenamento de energia: Refrigerantes de baixo GWP, como R513A e R1234ze, serão usados ​​para substituir fluidos de trabalho tradicionais com alto GWP;

· Tendência geral da indústria: Todos os chillers recém-desenvolvidos reservarão margem de projeto para compatibilidade de novos refrigerantes no estágio de projeto estrutural para atender aos requisitos de iteração de refrigerante.

4.2 Atualização do controle passivo de temperatura para gerenciamento térmico ativo AI

A lógica de controle tradicional é que o chiller comece a resfriar passivamente após o aumento da temperatura da bateria. A solução de próxima geração combinará dados da bateria BMS, condições de navegação da estrada, potência de carregamento, temperatura ambiente e outros parâmetros, preverá antecipadamente a geração de calor da bateria por meio de algoritmo de IA e ajustará ativamente a carga do chiller; Por exemplo, pré-resfrie a bateria até a temperatura ideal antes de o veículo chegar à estação de carregamento para evitar limitação de energia durante o carregamento rápido. Ao mesmo tempo, a tecnologia de gêmeo digital e autodiagnóstico de falhas será aplicada para prever antecipadamente incrustações, bloqueios internos, microvazamento e outros problemas, monitorando a diferença de temperatura e os parâmetros de diferença de pressão na entrada e saída do trocador de calor, realizando a manutenção preditiva do equipamento.

5. Rastrear a Diferenciação: Desenvolvimento Diferenciado de Cenários de Veículos e Armazenamento de Energia

Faixa 1: Chiller para veículos de passageiros com nova energia

As principais tendências de desenvolvimento são miniaturização, alta integração, modularização, produção em massa e redução contínua de custos; A competição de mercado se concentra em tamanho compacto, nível leve, design de baixa resistência ao fluxo e adaptabilidade com sistema de bomba de calor veicular; A produção se concentrará na brasagem contínua automática NOCOLOK, limpeza de precisão de alta eficiência, inspeção on-line completa de estanqueidade e outros processos.

Faixa 2: Unidade de resfriamento para central elétrica de armazenamento de energia / caminhão pesado / estação de carregamento ultrarrápido

As principais tendências de desenvolvimento são modularização de alta potência, controle de cluster de várias unidades, design de vida útil de 10 a 15 anos e alto grau de proteção ambiental; Visando as condições de trabalho de alta temperatura externa, poeira de areia e grande diferença de temperatura entre o dia e a noite, a resistência à corrosão e a resistência à incrustação do trocador de calor serão reforçadas; Os produtos serão equipados com funções especiais, como resfriamento gratuito, controle de temperatura de zona independente para vários conjuntos de baterias e recuperação de calor residual (aquecimento/fornecimento de água quente sanitária).

6. Perspectivas da Indústria: Coexistência de Desafios e Oportunidades

Principais desafios da indústria

A indústria de resfriadores enfrentará quatro desafios principais nos próximos cinco anos: Primeiro, o equilíbrio entre desempenho e custo, o design da estrutura de microcanais e de alta pressão aumentará os custos de material e fabricação; Em segundo lugar, a demanda por compatibilidade com condições de trabalho múltiplas, os produtos precisam atender aos requisitos de troca de calor bidirecional de resfriamento extremo no verão e aquecimento da bomba de calor no inverno; Terceiro, o limite de qualidade de fabricação é aumentado e os requisitos de limpeza da cavidade interna, consistência de brasagem e confiabilidade de fadiga por pressão de longo prazo continuam a aumentar; Em quarto lugar, a iteração acelerada dos refrigerantes promove atualizações rápidas dos produtos, aumentando a pressão de investimento em I&D das empresas.

Oportunidades da cadeia industrial

Para empresas de componentes de gerenciamento térmico e equipamentos de fabricação, as principais oportunidades estão concentradas em cinco direções:

1. Otimize o processo de brasagem de resfriadores de placa/placa aletada, rompendo a tecnologia de controle de defeitos do NOCOLOK e brasagem a vácuo;

2. Desenvolver novas estruturas de canais de fluxo corrugado com baixa queda de pressão e alta uniformidade de temperatura;

3. Promover a verificação de aplicações de engenharia de placas de troca de calor compostas de aço-alumínio em cenários de resfriadores de alta potência;

4. Estabelecer um sistema de gerenciamento padronizado de processo completo para limpeza da cavidade interna e teste de vazamento de hélio;

5. Implantar simultaneamente linhas duplas de produtos de resfriadores para veículos de passageiros pequenos e trocadores de calor de armazenamento de energia de alta potência para cobrir os dois caminhos de alto crescimento.

No geral, nos próximos cinco anos, o chiller será atualizado de um único trocador de calor refrigerante-refrigerante para o centro de energia de gerenciamento térmico de domínio completo para sistemas de armazenamento de veículos/energia e continuará a evoluir em direção à integração integrada da bomba de calor, microcanal de alta eficiência, leve, troca de calor bidirecional com ampla faixa de temperatura, compatibilidade com refrigerante verde e controle preditivo inteligente de IA; A extremidade da fabricação se concentrará em romper os principais gargalos do processo, como rendimento de brasagem, limpeza da cavidade interna e estrutura leve e resistente à pressão. As pistas de veículos e armazenamento de energia formarão sistemas diferenciados de tecnologia e produtos.

Como fabricante com foco em tratamento térmico industrial e equipamentos de limpeza de precisão, nossa empresa continuará a seguir a tendência de iteração tecnológica dos principais componentes de gerenciamento térmico, como resfriadores, fornecerá aos clientes soluções completas de fabricação, como fornos de brasagem protegidos com nitrogênio, linhas de limpeza de peças de precisão e equipamentos contínuos de pulverização e secagem adaptados aos requisitos de produtos da próxima geração, e trabalhará com parceiros da cadeia industrial para promover o desenvolvimento de alta qualidade da indústria de gerenciamento térmico.

Palavras-chave: Chiller de bateria; Refrigerador; Gerenciamento Térmico de Bateria; Trocador de Calor de Placas; Brasagem NOCOLOK; Brasagem a Vácuo; Resfriamento Líquido para Armazenamento de Energia; Carregamento ultrarrápido

Yancheng Suwen Machinery Co., Ltd.: Linha de produção contínua para desengorduramento térmico e revestimento pré-fluxo

Aplicação: Usado principalmente para o processo de pulverização de fluxo de placas de alumínio, como placas frias de baterias de veículos de energia nova e resfriadores de bateria para garantir o desempenho da brasagem.

Composição Básica: Consiste em seção de carga, seção de desengorduramento e pré-aquecimento, seção de pulverização de fluxo, seção de descarga resfriada a ar, sistema de troca de calor, sistema de descarga de fluxo e sistema de controle elétrico.

Resumo do processo: Carregamento manual → Forno de desengorduramento térmico (desengorduramento) → Pulverização com fluxo quente → Secagem → Resfriamento com ar ambiente → Descarga manual